小白菜富集Cd能力及对土壤Cd污染修复的能力研究

1、Uptake and Accumulation of Cd by Pakchoi and Its Phytoremediation in Contaminated SoilDUAN Yun-qing ,LEI Huan-gui(College of Arts and Science,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,ChinaAbstract:Pot cultivation experiment was carried out to study genotypic differences of absorption and accumula

2、tion of Cd by pakchoi.The re-sults showed that the vegetable plants had capability in accumulation of the metal in polluted soil.The results were summarized as follows:in four chosen varieties tested in the study,Cd content in the plants increased greatly with enhanced Cd treated levels;while Cd upt

3、ake was also increasing promptly.Cd was absorbed well by Pakchoi C,and the pakchoi C showed relatively fair tolerance against Cd stress.Relevance analysis showed that total Cd uptake was significantly positively correlative with DTPA-Cd.It has been indicated that the plants can decline the content o

4、f Cd in soil.However,there was a highly significant difference among pakchoi C and other plants,at the same time,it meant that removal rate of Cd by this plant was in the highest.Keywords :cadmium;pakchoi;variety differences;removal rate to polluted soil收稿日期:2006-01-18基金项目:山西高校科技研究开发项目(20051223;山西农业

5、大学科技创新基金(200212作者简介:段云青(1975,女,山西稷山人,硕士,讲师,主要从事植小白菜富集Cd 能力及对土壤Cd 污染修复的能力研究段云青,雷焕贵(山西农业大学文理学院,山西太谷030801摘要:采用盆栽土培试验方法,以小白菜为供试材料,研究了其吸收积累Cd 能力的品种差异,探讨了小白菜对土壤Cd 的净化能力。结果表明,所选4个品种中,植株Cd 含量随Cd 浓度增大而显著增加,吸Cd 量也迅速增加。小白菜“翠宝”有相对较强的富Cd 能力,呈现出相对较强的耐受性。相关分析显示,小白菜总吸Cd 量与DTPA-Cd 呈显著正相关。土壤Cd 分析显示,种植小白菜可以减缓土壤Cd 的固定

6、,“翠宝”和其余供试品种间差异达到了显著水平,其对土壤Cd 的净化率最高。关键词:Cd ;小白菜;品种差异;土壤净化率中图分类号:X503.23文献标识码:A文章编号:1672-2043(2006增刊-0476-04农业环境科学学报2006,25(增刊:476-479Journal of Agro-Environment ScienceCd 是一种稀有分散元素,对人类和动植物具有强烈毒害作用。未污染土壤中的Cd 主要来源于成土母质。土壤Cd 的含量范围一般为0.012mg kg -1,我国土壤的背景值为0.097mg kg -11,(山西土壤Cd 元素背景值范围为0.060.170mg kg

7、-12。随着现代工农业生产的飞速发展,工业“三废”、农药化肥用量、固体废弃物尤其是城市垃圾不断增加,导致土壤中Cd 含量急剧增加,土壤-植物-环境系统中的Cd 污染问题日趋严峻3,使农作物产量和品质下降、优良品种退化迅速,农产品的安全性受到严重威胁。筛选和研究Cd 积累差异较大的植物品种或基因型,是有效利用自然资源和保障农产品安全生产以及治理Cd 污染土壤的重要途径。极为丰富的矿产资源使山西人引以自豪,但作为全国的能源重化工基地,在用煤炭奉献光明的同时,也因过度开采而给自身留下了严重的灾害与污染。全省土壤污染以太原市最重,五大盆地也是土壤污染的重点区域。为给山西省石灰性Cd 污染土壤的持续利用

8、和污染治理以及Cd 污染地区植被恢复前期的作物栽培提供理论依据,本试验采用山西省典型的石灰性土壤,进行不同Cd 浓度下的盆栽土培试验,模拟Cd 污染土壤研究了不同种类小白菜对Cd 的富集能力及对土壤Cd 的净化能力。1材料与方法1.1试验材料第25卷增刊农业环境科学学报试验用土采自山西农业大学试验田020cm表土。土壤质地为壤土,基本性状见表1。小白菜种子名称及在本文中的代号如下:矮抗青-A,翠宝-C,五月慢-W,青帮油菜-Q。试验用盆为11cm×9cm塑料盆。表1土壤基本理化性状Table1The basic properties of the tested soil1.2试验设计

9、采用土培盆栽试验,将土壤过1mm筛,风干,按处理每盆装土1kg(以风干土计,设6个Cd水平,分别为:0(即CK、5、10、20、50、100mgkg-1。将相应量的CdCl2(分析纯配成溶液,分别与各盆土壤混合均匀,并施入相同量底肥,湿度为田间持水量的65%,平衡2周后播种,每个处理3次重复,同时设不种植物为对照。待出苗1周后间苗,每盆保留4株,生长过程中用去离子水灌溉。植株生长56d后收获,沿土面剪取地上部分,依微量元素取样方法处理植株后,测定植株含Cd量。植株收获后,将对照土壤(不种植物与试验盆栽土壤由上而下用土钻取土样,风干,过20目筛,测定DTPA-Cd。1.3测定分析方法植物样Cd含

10、量采用干灰化法进行测定(GB/T 5009.151996。土壤DTPA-Cd的测定4:称取风干土样于150mL 的塑料瓶中,加25.0mLDTPA浸提剂,振荡2h,离心20min,过滤后原子吸收分光光度法测定Cd含量。采用SAS软件(version8.1进行数据统计检验,回归分析采用EXCEL软件。本文数据为3次重复的平均值。2结果与分析2.1不同品种对Cd的吸收差异4个品种Cd含量均随着Cd加入量的增加而显著增加,各处理与对照相比,差异均达到显著水平,见表2。从表2还可看出,品种C各处理时体内含Cd量均较高,与其他3个品种间的差异显著,最高Cd含量达41.572mgkg-1。根部的Cd含量与

11、地上部相似,品种C同其他品种间的差异显著,而品种A、W与Q之间差异不明显。处理浓度达100mgkg-1时,品种间差异达到了极显著水平。2.2不同品种吸Cd量的比较从生态环境的角度看,植物修复降低土壤中的Cd主要依赖于植物从土壤中带走的总Cd量,即吸Cd量等于植物体各部位内Cd浓度与其相应的绝对生物量的乘积之和5。图1为不同品种小白菜的总吸Cd量,显然,随着土壤Cd含量的增加,各品种的总吸Cd量都显著增加,而且在相同土壤Cd含量处理条件下,C的吸Cd量均高于A、W和Q。这一方面是由于其生物量随土壤Cd含量的增加降低较少,另一方面,主要归功于其显著升高的Cd含量。显著性检验表明,C与其他品种间的差

12、异都达到了显著水平。Q和W则较低,这归结于其生物量的迅速降低6。2.3土壤有效Cd的差异表3为样品采集后土壤的DTPA-Cd浓度。从中可见,经过种植小白菜,各处理的土壤有效Cd浓度都明显下降。经检验,与投加Cd2d的有效Cd浓度表2小白菜地上部Cd含量(mgkg-1Table2Cd concentrations in the parts of pakchoi aboveground图1小白菜的总吸Cd量Figure1Total Cd amounts adsorbed by pakchoi(mgpot-1总吸Cd量/mgpot-14772006年9月表3种植植物后土壤有效Cd (DTPA-Cd

13、含量(mg kg -1Table 3contents of available of Cd after planting the vegetables(mg kg -1表4土壤有效Cd 与总吸Cd 量的关系Table 4The relationship of available Cd in soil and Cd adsorbed bythe plants表5地上部吸Cd 量与土壤净化率的比较Table 5Cd in the parts of aboveground of the plant and its romoval rate of Cd by the plant相比,差异达显著水平,这

14、说明Cd 在石灰性土壤中被明显钝化。但DTPA-Cd 与总Cd 量之间极显著(|t |>t 0.01,3相关,且种与不种的土壤有效Cd 差异也达到了极显著水平(P>99%,这说明种植小白菜可以减缓土壤Cd 的固定。众多研究表明,植物根系分泌的质子、有机酸、PC 等或根际微生物能活化土壤中的Cd 710。种植小白菜C 和其余供试植物后,土壤有效Cd 间差异达到了显著水平,这可能就是由于其根系分泌物对土壤中的Cd 活化作用所致。分析总吸Cd 量与土壤有效Cd (DTPA-Cd 的关系,发现二者呈显著正相关,表4。2.4不同品种小白菜对土壤净化率的比较植物作为土壤生态系统不可缺少的一部分

15、,在土壤重金属污染的修复方面具有重要意义。植物修复被重金属污染土壤的综合指标是净化率,即植物地上部吸收某种重金属的量与土壤中此种重金属总量的百分比11。试验中土壤Cd 的背景值很低,所以每盆中投加的Cd 量视为总Cd 量。由4种材料土壤的净化率可看出,在本试验条件下,小白菜C 对土壤的净化率在各土壤Cd 含量条件下均高于其他几种材料,在各处理的净化率为品种小白菜A 、W 、Q 的2倍左右,见表5。表5还显示,在高Cd 处理时,随着土壤Cd 含量的增加,各材料对土壤的净化率明显降低,这是由于土壤Cd 含量太高,生物量显著下降所致6。段云青等:小白菜富集Cd 能力及对土壤Cd 污染修复的能力研究3

16、讨论莫争等12认为,可溶态和交换态生物有效性最强的重金属形态在土壤中存在着一个向碳酸盐态、铁锰氧化态等形态转化的过程同时,土壤中作物根系的分泌物质不断溶解碳酸盐态、铁锰氧化态重金属,使金属的迁移性和有效性增强。两个过程相互可逆,重金属迁移转化最终的方向决定于这两个过程的强弱比较,而它们又可能和土壤类型、作物种类、重金属浓度大小有关。本研究结果表明,由于石灰性土壤对Cd 钝化作用而使得土壤的有效态Cd 浓度显著降低,这从侧面说明土壤中植物可利用的Cd 浓度大大降低了,从而缓解了Cd 中毒程度。且种植小白菜与不种小白菜的土壤有效Cd 差异显著,这说明种植小白菜可以减缓土壤Cd 的固定。但在品种间又

17、有所差异,小白菜C 和其余品种间差异达到了显著水平,这可能是由于不同品种的根系分泌物不同所致。前人研究表明,植物478第25卷增刊农业环境科学学报根系会分泌质子、有机酸、PC等物质,它们会活化土壤中的Cd而使植物易于吸收,分泌物的种类及量因植物品种不同而不同。本试验条件下,小白菜C积累Cd的能力相对最强,对环境和体内较高浓度Cd表现出较强的耐受力,故应注意其体内高浓度Cd对人及食物链的不良影响。该品种小白菜对土壤Cd的净化也率最高,这归功于其较大的生物量和较高的Cd含量。从本试验数据看,它还不能算作超积累植物,但其显著的含Cd 量差异提示我们小白菜中可能存在高富Cd的品种。参考文献:1许嘉林,

18、杨居荣.陆地生态系统中的重金属M.北京:中国环境科学出版社,1995.60-61.2刘耀宗,张经元.山西土壤M.北京:科学出版社,1992.411-420.3傅桂平,衣纯真,张福锁,等.潮土中锌对油菜吸收镉的影响J.中国农业大学学报,1996,(5:85-88.4尹君,等.土壤中有效态镉测定方法探讨J.河北农业大学学报,1993,16(4:37-40.5Moreno-Caselles J,et al.Cadmium accumulation and distribution in cu-cumber plantJ.Plant Nutr,2000,23(2:243-250.6段云青,王艳,雷焕贵.小白菜镉积累的基因型差异J.河南农业科学,2005,11:74-76.7杨肖娥,龙新宪,倪吾钟.超积累植物吸收重金属的生理及分子机制J.植物营养与肥料学报,2002,8(1:8-15.8张敬